CN104632145B - 一种气井排水用柱塞 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气井排水用柱塞，包括中心杆，所述中心杆的顶端固定连接有投捞鱼头，中心杆的外周套设有可沿中心杆上下滑动的外筒，中心杆底端的直径大于或等于外筒底端的内径，且中心杆的底端与外筒的底端密封接触，外筒的内表面和中心杆的外表面组成腔体，沿外筒的轴向开设有多个通孔，通孔与腔体连通。本发明提供的这种气井排水用柱塞，用于柱塞气举排水工艺，该气举排水用柱塞具有在井底及携液上升过程中气流通道关闭，到达井口后和下落过程中气流通道打开的功能，实现了气井不关井条件下的柱塞气举工艺，提高了气井开井时间，延长了气井稳产期，避免了频繁关井，降低了操作成本。
Description
技术领域
本发明属于油田排水采气领域，具体涉及一种气井排水用柱塞。
背景技术
在低压气田与凝析气田的开发中，井筒积液是制约气井稳产与高产的主要问题之一。气井中的液体主要来自气态烃类的凝析作用，地层中储集层的地层水或层间水。气井中的液体通常是以液滴的形式分布在气相中，气体是连续相而液体是非连续相流动，液体以液滴的形式由气体携带到地面。当气相不能提供足够的能力来使井筒中的液体连续流出井口时，就会在气井井底形成积液，积液的形成将增加气层的回压。高压井中液体以段塞流的形式存在，它会损耗更多的地层能量，限制气井的生产能力；在低压井中积液可完全压死气井，造成气井水淹关井，使气井减产。为了确保气井的正常生产，及时的排出井底积液，一般对产水气井采取排液采气的方法。从措施经济性、适用性、安全性及增产效果等方面的评价结果可以看出，柱塞气举排水采气技术适用于气量小（0.1×104 m3/d以上）、液气比较高（小于5 m3/104 m3）的气井，而且自动化程度高、井筒滑脱损失小。所以，柱塞气举排水采气技术是苏里格气田低产低效井提高采收率的最经济合理技术。
柱塞气举是一种简单高效的排液采气方法，是间歇气举的一种特殊形式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升的液体分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率。柱塞气举的能量主要来源于地层，但是当地层气能量不足时，也向井内注入一定的高压气。这些气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，增大生产压差，延长气井的生产时间。对常规连续气举或间歇气举效率不高的井，采用柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。柱塞气举还可用于易结蜡，结垢的油气井，沿油管上下来回的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。这样就省下了清洗蜡，垢的工序节约了生产时间和生产费用。
柱塞气举系统效率的高低完全取决于柱塞的结构，现有的利用柱塞气举排液采气的主要优点是1) 提高间歇气举的举升效率：柱塞气举同其它排水采气工艺相比具有更高的采收率。柱塞提供的固体界面极大的减少了液体回落，相应提高了气体的举升效率； 2)设备投资少，使用寿命长且维修成本低经济效益好：其安装成本和运行维护费用低，无需电力消耗，节约人力时间等； 3)能充分利用地层能量，无需其他能量消耗； 4)地面的设备的自动化程度高，易于管理； 5)可以有效减轻结蜡井的结蜡问题。
虽然柱塞气举系统拥有上述多方面的优点，但其也存在一定的缺点，目前气田采用的柱塞气举工艺需要关井一段时间，柱塞才能落回井底。特别是部分产量处于临界流量边缘的低压产液气井，开井时间长，关井时间短，且关井后井筒压力恢复快，再次远程控制开井比较困难，而人工开井成本高。因此，为了避免频繁关井，降低操作成本，需要设计一种气井排水用简易柱塞，实现气井不关井条件下的柱塞气举工艺。
发明内容
本发明的目的是解决现有的柱塞由于频繁开关井，造成的操作成本高，气井稳产期短的问题，提供一种气井排水用柱塞。
为此，本发明提供了一种气井排水用柱塞，包括中心杆，所述中心杆的顶端固定连接有投捞鱼头，中心杆的外周套设有可沿中心杆上下滑动的外筒，中心杆底端的直径大于或等于外筒底端的内径，且中心杆的底端与外筒的底端密封接触，外筒的内表面和中心杆的外表面组成腔体，沿外筒的轴向开设有多个通孔，通孔与腔体连通。
所述中心杆的外壁上沿其周向开设有环形凹槽，所述外筒的筒壁上沿其径向开设有圆孔，圆孔内设有压紧螺丝、弹簧、锁块，所述锁块的一端位于环形凹槽内，另一端位于圆孔内，压紧螺丝位于靠近外筒的外筒壁一端，弹簧位于锁块和压紧螺丝之间，且弹簧分别与锁块和压紧螺丝连接。
所述外筒的外筒壁上设有鱼骨状圆台。
所述通孔内设有台阶。
所述中心杆和投捞鱼头之间通过丝扣固定连接，并通过锁销锁定。
所述中心杆从下至上依次由截面为矩形的下端部、截面为梯形的第一缩径部、截面为梯形的第二缩径部和截面为矩形的第三缩径部组成，且第三缩径部的直径小于第二缩径部的直径、第二缩径部的直径小于第一缩径部的直径、第一缩径部的直径小于下端部的直径。
所述外筒的底端为圆台形底端，圆台形底端的内腔从下至上由截面为矩形的底部、截面为梯形的第四缩径部组成，且第四缩径部的直径与第一缩径部的直径一致，底部的直径与下端部的直径一致。
本发明的有益效果：本发明提供的这种气井排水用柱塞，用于柱塞气举排水工艺，该气举排水用柱塞具有在井底及携液上升过程中气流通道关闭，到达井口后和下落过程中气流通道打开的功能，实现了气井不关井条件下的柱塞气举工艺，提高了气井开井时间，延长了气井稳产期，避免了频繁关井，降低了操作成本。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是气井排水用柱塞上行示意图。
图2是气井排水用柱塞下行示意图。
附图标记说明：1、中心杆；101、下端部；102、第一缩径部；103、第二缩径部；104、第三缩径部；2、投捞鱼头；3、外筒；4、通孔；401、腔体；5、环形凹槽；6、圆孔；7、压紧螺丝；8、弹簧；9、锁块；10、鱼骨状圆台；11、台阶；12、锁销；13、圆台形底端；1301、底部；1302、第四缩径部。
具体实施方式
以下将结合附图进一步对该气井排水用柱塞作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明提供了一种气井排水用柱塞，包括中心杆1，所述中心杆1的顶端固定连接有投捞鱼头2，中心杆1的外周套设有可沿中心杆1上下滑动的外筒3，中心杆1底端的直径大于或等于外筒3底端的内径，且中心杆1的底端与外筒3的底端密封接触，外筒3的内表面和中心杆1的外表面组成腔体401，沿外筒3的轴向开设有多个通孔4，通孔4与腔体401连通。
具体的，开井生产后，气井排水用柱塞投入油管，该气井排水用柱塞分为上行和下行两个状态，如图1所示，气井排水用柱塞上行：由于气井排水用柱塞在井底时中心杆1与外筒3组合成密封的柱塞体，即中心杆1的底端与外筒3的底端密封接触，随着气井的生产，气井排水用柱塞上端被产液淹没一定高度后，在油管内形成一个封隔面，随着能量增加，气体推动气井排水用柱塞和液柱整体向上运动，随着气体和液柱进入地面管线，气井排水用柱塞以较快速度撞击井口装置后，外筒3沿着中心杆1向上滑动，此时外筒3内壁下端与中心杆1的底端分离，外筒3与中心杆1之间的气流通道即沿外筒3轴向开设的通孔4打开，气体被举升，同事液体也被排出。
如图2所示，气井排水用柱塞下行：由于外筒3与中心杆1之间通道打开，即沿外筒3轴向开设的通孔4打开，在重力的作用下，气井排水用柱塞整体下落，下落相撞井底，外筒3沿着中心杆1向下滑动，此时中心杆1的底端与外筒3的内壁下端密封接触，外筒3与中心杆1之间气流通道关闭，即通孔4关闭。气井排水用柱塞密封后，再次依靠气井能量推动上行，开始下一个循环，实现周期举液。
本发明提供的这种气井排水用柱塞，用于柱塞气举排水工艺，该气举排水用柱塞具有在井底及携液上升过程中气流通道关闭，到达井口后和下落过程中气流通道打开的功能，实现了气井不关井条件下的柱塞气举工艺，提高了气井开井时间，延长了气井稳产期，避免了频繁关井，降低了操作成本。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述中心杆1的外壁上沿其周向开设有环形凹槽5，所述外筒3的筒壁上沿其径向开设有圆孔6，圆孔6内设有压紧螺丝7、弹簧8、锁块9，所述锁块9的一端位于环形凹槽5内，另一端位于圆孔6内，压紧螺丝7位于靠近外筒3的外筒3壁一端，弹簧8位于锁块9和压紧螺丝7之间，且弹簧8分别与锁块9和压紧螺丝7连接。
具体的，中心杆1的一端与带凸台的投捞鱼头2固定连接，另一端插入外筒3内，锁块9、弹簧8依次装入外筒3上端的径向圆孔6内，将压紧螺丝7置于圆孔6内并拧紧，推动外筒3使外筒3的底端与中心杆1的底端密封接触，中心杆1的上端颈部上下分布两个环形凹槽5，锁块9滑入中心杆1上的环形凹槽5内，完成组装。
开井生产后，气井排水用柱塞投入油管，该气井排水用柱塞分为上行和下行两个状态，如图1所示，气井排水用柱塞上行：由于气井排水用柱塞在井底时中心杆1与外筒3组合成密封的柱塞体，即中心杆1的底端与外筒3的底端密封接触，随着气井的生产，气井排水用柱塞上端被产液淹没一定高度后，在油管内形成一个封隔面，随着能量增加，气体推动气井排水用柱塞和液柱整体向上运动，随着气体和液柱进入地面管线，气井排水用柱塞以较快速度撞击井口装置后，外筒3沿着中心杆1向上滑动，此时外筒3内壁下端与中心杆1的底端分离，外筒3与中心杆1之间的气流通道即沿外筒3轴向开设的通孔4打开，锁块9滑入中心杆1上的上端的环形凹槽5内，气体被举升，同事液体也被排出。
如图2所示，气井排水用柱塞下行：由于外筒3与中心杆1之间通道打开，即沿外筒3轴向开设的通孔4打开，在重力的作用下，气井排水用柱塞整体下落，下落相撞井底，外筒3沿着中心杆1向下滑动，此时中心杆1的底端与外筒3的内壁下端密封接触，外筒3与中心杆1之间气流通道关闭，即通孔4关闭，锁块9滑入中心杆1下端的环形凹槽5内。气井排水用柱塞密封后，再次依靠气井能量推动上行，开始下一个循环，实现周期举液。
实施例3：
在实施例1的基础上，为了减轻外筒3的重量，减少外筒3沿着中心杆1上下滑动所受的重力，所述外筒3的外筒3壁上设有鱼骨状圆台10，如图1和图2所示，即截面为锯齿状。
实施例4：
在实施例1的基础上，所述通孔4内设有台阶11，即通孔4的下部是腔体401，腔体401直接与中心杆1接触，腔体401和通孔4形成气流通道，气体从腔体401进入，从通孔4排出。所述中心杆1和投捞鱼头2之间通过丝扣固定连接，并通过锁销12锁定。
实施例5：
在实施例1的基础上，需要特别说明的是，所述中心杆1从下至上依次由截面为矩形的下端部101、截面为梯形的第一缩径部102、截面为梯形的第二缩径部103和截面为矩形的第三缩径部104组成，且第三缩径部104的直径小于第二缩径部103的直径、第二缩径部103的直径小于第一缩径部102的直径、第一缩径部102的直径小于下端部101的直径。所述外筒3的底端为圆台形底端13，圆台形底端13的内腔从下至上由截面为矩形的底部1301、截面为梯形的第四缩径部1302组成，且第四缩径部1302的直径与第一缩径部102的直径一致，底部1301的直径与下端部101的直径一致。
具体的，开井生产后，气井排水用柱塞投入油管，该气井排水用柱塞分为上行和下行两个状态，如图1所示，气井排水用柱塞上行：由于气井排水用柱塞在井底时中心杆1与外筒3组合成密封的柱塞体，即中心杆1的底端与外筒3的底端密封接触，随着气井的生产，气井排水用柱塞上端被产液淹没一定高度后，在油管内形成一个封隔面，随着能量增加，气体推动气井排水用柱塞和液柱整体向上运动，随着气体和液柱进入地面管线，气井排水用柱塞以较快速度撞击井口装置后，外筒3沿着中心杆1向上滑动，此时外筒3的底部1301与中心杆1的下端部101分离，外筒3与中心杆1之间的气流通道即沿外筒3轴向开设的通孔4打开，气体被举升，同事液体也被排出。
如图2所示，气井排水用柱塞下行：由于外筒3与中心杆1之间通道打开，即沿外筒3轴向开设的通孔4打开，在重力的作用下，气井排水用柱塞整体下落，下落相撞井底，外筒3沿着中心杆1向下滑动，此时外筒3的底部1301与中心杆1的下端部101密封接触，外筒3与中心杆1之间气流通道关闭，即通孔4关闭。气井排水用柱塞密封后，再次依靠气井能量推动上行，开始下一个循环，实现周期举液。
本发明提供的这种气井排水用柱塞，用于柱塞气举排水工艺，该气举排水用柱塞具有在井底及携液上升过程中气流通道关闭，到达井口后和下落过程中气流通道打开的功能，实现了气井不关井条件下的柱塞气举工艺，提高了气井开井时间，延长了气井稳产期，避免了频繁关井，降低了操作成本。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (7)
1.一种气井排水用柱塞，包括中心杆（1），其特征在于：所述中心杆（1）的顶端固定连接有投捞鱼头（2），中心杆（1）的外周套设有可沿中心杆（1）上下滑动的外筒（3），中心杆（1）底端的直径大于或等于外筒（3）底端的内径，且中心杆（1）的底端与外筒（3）的底端密封接触，外筒（3）的内表面和中心杆（1）的外表面组成腔体（401），沿外筒（3）的轴向开设有多个通孔（4），通孔（4）与腔体（401）连通。
2.如权利要求1所述的一种气井排水用柱塞，其特征在于：所述中心杆（1）的外壁上沿其周向开设有环形凹槽（5），所述外筒（3）的筒壁上沿其径向开设有圆孔（6），圆孔（6）内设有压紧螺丝（7）、弹簧（8）、锁块（9），所述锁块（9）的一端位于环形凹槽（5）内，另一端位于圆孔（6）内，压紧螺丝（7）位于靠近外筒（3）的外筒（3）壁一端，弹簧（8）位于锁块（9）和压紧螺丝（7）之间，且弹簧（8）分别与锁块（9）和压紧螺丝（7）连接。
3.如权利要求1所述的一种气井排水用柱塞，其特征在于：所述外筒（3）的外筒（3）壁上设有鱼骨状圆台（10）。
4.如权利要求1所述的一种气井排水用柱塞，其特征在于：所述通孔（4）内设有台阶（11）。
5.如权利要求1所述的一种气井排水用柱塞，其特征在于：所述中心杆（1）和投捞鱼头（2）之间通过丝扣固定连接，并通过锁销（12）锁定。
6.如权利要求1所述的一种气井排水用柱塞，其特征在于：所述中心杆（1）从下至上依次由截面为矩形的下端部（101）、截面为梯形的第一缩径部（102）、截面为梯形的第二缩径部（103）和截面为矩形的第三缩径部（104）组成，且第三缩径部（104）的直径小于第二缩径部（103）的直径、第二缩径部（103）的直径小于第一缩径部（102）的直径、第一缩径部（102）的直径小于下端部（101）的直径。
7.如权利要求6所述的一种气井排水用柱塞，其特征在于：所述外筒（3）的底端为圆台形底端（13），圆台形底端（13）的内腔从下至上由截面为矩形的底部（1301）、截面为梯形的第四缩径部（1302）组成，且第四缩径部（1302）的直径与第一缩径部（102）的直径一致，底部（1301）的直径与下端部（101）的直径一致。
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